煤矿大断面巷道施工技术及质量控制

引言

在煤矿产业升级过程中，矿井的生产能力持续增强，导致传统小尺寸巷道无法满足现代化采矿设备的操作需求。因此，大尺寸巷道（一般断面面积超过18 平方米）成为新建矿井和老矿井改造的关键项目。大断面巷道的施工不仅要攻克围岩应力集中、变形控制等技术难题，还需严格确保施工质量，防止因断面尺寸不准确、支护不稳固、渗水等问题造成巷道坍塌、通风问题等安全风险。我国煤矿的大断面巷道施工技术已从传统的手工操作转变为机械化、自动化。然而，在不同地质条件下技术选择的适宜性和质量控制的有效性仍需深入研究。因此，对大断面巷道施工技术进行系统梳理，明确质量控制的关键点，对于促进煤矿巷道施工技术发展、确保矿井长期安全运行具有重大实际意义。

一、煤矿大断面巷道常用施工技术

1.1 钻爆法施工技术

钻爆法是煤矿大断面巷道施工的传统技术，凭借成本低、适应性强的优势，在硬岩（ f≥6 ）地层巷道施工中仍广泛应用。其核心原理是通过精准布置炮孔，利用炸药爆破能量破碎围岩，再通过出矸设备清理岩渣，最终形成设计断面。在技术实施过程中，炮孔布置是关键环节，需根据围岩硬度、巷道断面形状合理划分掏槽孔、辅助孔、周边孔：掏槽孔需位于巷道断面中心偏下位置，采用楔形或直眼掏槽方式，确保爆破时形成足够自由面；辅助孔围绕掏槽孔布置，承担破碎大部分岩石的任务，孔距控制在0.8–1.2m ；周边孔沿巷道设计轮廓线布置，采用小直径药卷、空气柱间隔装药结构，减少对围岩的过度破坏，保证断面成型质量。

1.2 综合机械化掘进法（综掘法）

综掘技术利用综合机械化设备，实现巷道的高效施工，以其高自动化、高效率和安全性见长，适用于中等软岩层和稳定性好的围岩。该技术的核心是综掘机，包括切割、装载和转载机构，辅以刮板和胶带输送机，实现“切割-装载-运输”的连续作业。根据巷道尺寸和围岩特性选择设备，矩形断面宜用横轴式综掘机，圆形或拱形断面宜用纵轴式。施工时，应遵循由内到外、分层切割的原则，并调整切割速度以适应不同围岩硬度，同时使用综掘机的支护设备同步进行支护，以减少空顶期和围岩变形风险。综掘法比钻爆法效率提高 30%-50% ，但初期成本较高，对设备维护技术要求也更高。

1.3 盾构法施工技术

盾构技术是一种全机械化和密闭型的巷道建设方法，适用于软岩、含水地层及地质环境复杂的深大断面巷道建设，能有效地解决围岩沉降和渗水问题。该技术的核心是盾构机，它包括切割刀具、盾构体、管片拼接装置以及同步注浆系统。施工时，盾构机利用切割刀具切割围岩，盾构体提供临时的支护，拼接装置将预制混凝土管片安装固定，同步注浆系统则填充管片与围岩之间的缝隙，保证巷道的连续施工。盾构机的选择至关重要，在富含水分的软土层中，优先使用泥水平衡盾构机，通过泥浆压力来平衡土体的压力；而在黏土层或砂土层中，则选择土压平衡盾构机，通过土舱内的压力来维持稳定性。管片的安装需保证精度，相邻管片错台不超过 5毫米，密封胶条要牢固，防止水渗漏。

二、煤矿大断面巷道施工质量控制要点

2.1 支护结构质量控制

支护结构是保障大断面巷道围岩稳定的核心，需从材料质量、施工工艺、质量检测三方面严格控制。在材料质量控制上，锚杆需选用高强度螺纹钢（屈服强度 ），锚固剂选用快硬型树脂锚固剂（初凝时间≤10min ），锚索选用 1×19 股高强度钢绞线（破断拉力 ≥200kN ），喷射混凝土采用 P.O42.5 水泥、中砂、 5-10mm 碎石，配合比按水泥：砂: 碎石 Σ=Σ 1:2:2.5 设计，坍落度控制在 80-120mm 。施工工艺控制中，锚杆安装需保证孔深比锚杆长度长 50mm ，锚固剂搅拌时间控制在 15-30s，安装角度与巷道轮廓线垂直偏差不超过 5^∘ ；锚索安装前需清理孔内岩粉，预紧力施加需达到设计值的 80% 以上；喷射混凝土需采用湿喷工艺，喷射距离控制在 1.5-2m ，喷射顺序从下向上、先凹后凸，确保混凝土密实度。质量检测环节，锚杆锚固力需按 10% 比例抽样检测，最小值不低于设计值的 90% ；喷射混凝土强度需每 50m³ 制作 1 组试块，28d 抗压强度不低于设计值；支护完成后需检查外观质量，无露筋、裂缝、空鼓等缺陷。

2.2 巷道断面尺寸控制

大断面巷道断面尺寸偏差会直接影响设备通行与通风效果，需通过精准测量、过程管控、误差处理实现质量控制。测量控制方面，采用全站仪按二级导线精度进行巷道中线、腰线放线，每 50m 设置 1 个永久控制点，施工期间每天复核 1 次，确保中线偏差不超过 ±10mm 、腰线偏差不超过±5mm 。过程管控中，钻爆法施工需通过调整周边孔间距（ (0.6-0.8m ）、装药量（单孔装药量 ≤100g ）控制爆破轮廓，避免超欠挖；综掘法施工需利用综掘机激光导向系统，实时调整切割头位置，切割半径偏差不超过 ±5mm 。

2.3 防渗水质量控制

煤矿井下湿度大，大断面巷道渗水会加速支护结构腐蚀、降低围岩稳定性，需从材料选择、施工工艺、渗水监测三方面控制。材料选择上，混凝土抗渗等级不低于 P6，施工缝处选用中埋式橡胶止水带（宽度 ≥300mm, ），变形缝处选用背贴式止水带与遇水膨胀止水条组合防水；墙面、顶板采用水泥基渗透结晶型防水涂料，涂刷厚度 ≥1.5mm 。施工工艺控制中，混凝土浇筑需采用分层浇筑（分层厚度 ≤500mm ）、振捣密实（振捣时间 15-20s），避免漏振、欠振；施工缝处理需清除表面浮浆，涂刷水泥净浆后再浇筑混凝土。

结语

正确选择煤矿大断面巷道施工技术并严格把控质量，对确保矿井安全运行至关重要。钻爆法、综掘法和盾构法各有所长，应根据围岩条件、断面大小和项目成本等因素综合考虑选择。质量控制应覆盖施工的每个阶段，通过多重手段如支护结构、尺寸控制、防渗处理和施工监测来克服施工中的难题。随着煤矿向智能化转型，应推进施工技术与物联网、大数据的结合，实现施工流程的自动化监管和质量的实时预警，以提高大断面巷道施工的质量和效率，助力煤矿行业的高质量发展。

参考文献

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